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JP5895615B2 - Sensor module, force detection device and robot - Google Patents

Sensor module, force detection device and robot Download PDF

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JP5895615B2 JP2012052623A JP2012052623A JP5895615B2 JP 5895615 B2 JP5895615 B2 JP 5895615B2 JP 2012052623 A JP2012052623 A JP 2012052623A JP 2012052623 A JP2012052623 A JP 2012052623A JP 5895615 B2 JP5895615 B2 JP 5895615B2
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Description

本発明は、力成分を検出可能なセンサーモジュール、及びこれを用いた力検出装置、ロボットに関する。   The present invention relates to a sensor module capable of detecting a force component, a force detection device using the same, and a robot.

従来、圧電材料を用いた力センサー(センサーデバイス)としては特許文献1のものが知られていた。特許文献1では、信号電極を圧電材料である結晶円板により挟持し、さらに金属カバー円板によって挟持された測定素子を金属環内に溶接で封止した力センサーが開示されている。   Conventionally, the thing of patent documents 1 was known as a force sensor (sensor device) using a piezoelectric material. Patent Document 1 discloses a force sensor in which a signal electrode is sandwiched between crystal disks, which are piezoelectric materials, and a measurement element sandwiched between metal cover disks is sealed in a metal ring by welding.

特開平4−231827号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4-231827

特許文献1の力センサーは、信号電極や結晶円板、金属カバー円板の個々の寸法誤差が生じる恐れがあり、これらの誤差により溶接をした際に隙間が生じ、この隙間に水分や外気等が入り込むことにより、結晶円板に発生した電荷が外部へリークし、正確な測定を行なうことができない虞があった。さらに、溶接を行なう工程は、煩雑なものであり量産に適用し難いといった問題もあった。   The force sensor disclosed in Patent Document 1 may cause individual dimensional errors of the signal electrode, crystal disk, and metal cover disk. A gap is generated when welding is performed due to these errors, and moisture, outside air, or the like is generated in the gap. As a result, the charge generated in the crystal disk leaks to the outside, and there is a possibility that accurate measurement cannot be performed. Furthermore, the welding process is complicated and difficult to apply to mass production.

そこで、図12に示すようなセンサーデバイスを用いることにより、リークを防止し測定環境に左右されないセンサー素子を得ることができる。   Therefore, by using a sensor device as shown in FIG. 12, it is possible to obtain a sensor element that prevents leakage and does not depend on the measurement environment.

図12に示すように、センサーデバイス200は、同一のカット面を有する2つの水晶板216を互いに対向させた状態で電極板218を挟み込んだセンサー素子214と、センサー素子214を収容する金属製の第1部材202と、第1部材202の開口部220の外周となる上面224に接合するとともに水晶板216に当接する金属製の第2部材204と、により全体が構成されている。そして第1部材202の側面には同軸コネクター206が取り付けられている。同軸コネクター206は、外周部208と中心導体210を有し、両者の間には絶縁性樹脂212が充填され、外周部208と中心導体210は電気的に絶縁している。そして外周部208は、第1部材202及び第2部材204と短絡し、中心導体210は電極板218と電気的に接続している。   As shown in FIG. 12, the sensor device 200 includes a sensor element 214 that sandwiches the electrode plate 218 with two crystal plates 216 having the same cut surface facing each other, and a metal device that houses the sensor element 214. The first member 202 and the metal second member 204 that is bonded to the upper surface 224 that is the outer periphery of the opening 220 of the first member 202 and that abuts against the crystal plate 216 constitute the whole. A coaxial connector 206 is attached to the side surface of the first member 202. The coaxial connector 206 has an outer peripheral portion 208 and a center conductor 210, and an insulating resin 212 is filled between them, so that the outer peripheral portion 208 and the central conductor 210 are electrically insulated. The outer peripheral portion 208 is short-circuited with the first member 202 and the second member 204, and the central conductor 210 is electrically connected to the electrode plate 218.

このセンサーデバイス200は、与圧プレート(不図示)に挟み込まれて与圧が与えられ、水晶板216は与圧に伴う圧電効果により電極板218に電荷を出力(誘起)する。そして、与圧プレートに付加される外力に応じて水晶板216にかかる圧力が変化する。よって、この圧力の変化による出力電荷の変化量を、同軸コネクター206を通じてモニターすることにより、センサーデバイス200に付加された外力を検出することができる。   The sensor device 200 is sandwiched between pressurization plates (not shown) and given pressurization, and the crystal plate 216 outputs (induces) electric charges to the electrode plate 218 due to the piezoelectric effect accompanying the pressurization. Then, the pressure applied to the crystal plate 216 changes according to the external force applied to the pressurizing plate. Therefore, the external force applied to the sensor device 200 can be detected by monitoring the change amount of the output charge due to the change in pressure through the coaxial connector 206.

ここで、センサーデバイス200においては、水晶板216から誘起された電荷が水分等で外部に漏洩しないように、第1部材202内部を乾燥空気で満たした状態あるいは真空を保持した状態で、第2部材204によりセンサー素子214を封止している。   Here, in the sensor device 200, the second member 202 is filled with dry air or kept in a vacuum state so that the charge induced from the crystal plate 216 does not leak to the outside due to moisture or the like. The sensor element 214 is sealed by the member 204.

しかしながら、センサー素子214を第1部材202に収容する場合、次のような問題があった。第1部材202及びセンサー素子214の製造過程において、第1部材202と第2部材204には寸法誤差があり、センサー素子214も同様に寸法誤差を有している。そのため、第1部材202の内部高さ(第1部材202とセンサー素子214との接触面から第1部材202と第2部材204が接合される接触面までの高さ)とセンサー素子214の高さを等しく調整することが困難となっていた。   However, when the sensor element 214 is accommodated in the first member 202, there are the following problems. In the manufacturing process of the first member 202 and the sensor element 214, the first member 202 and the second member 204 have a dimensional error, and the sensor element 214 similarly has a dimensional error. Therefore, the internal height of the first member 202 (the height from the contact surface between the first member 202 and the sensor element 214 to the contact surface at which the first member 202 and the second member 204 are joined) and the height of the sensor element 214. It was difficult to adjust the thickness equally.

このように、センサーデバイス200では、上記の寸法誤差によりセンサー素子214と第2部材204と間に隙間が生ずる状態、またはセンサー素子214が第1部材202の上面224より突出し第2部材204がセンサー素子214を押圧する状態となる。そして、それぞれの状態において、与圧プレートでセンサー素子214に同等の与圧をかけることが困難であった。   Thus, in the sensor device 200, a gap is generated between the sensor element 214 and the second member 204 due to the dimensional error, or the sensor element 214 protrudes from the upper surface 224 of the first member 202, and the second member 204 is the sensor. The element 214 is pressed. In each state, it is difficult to apply the same pressure to the sensor element 214 with the pressure plate.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]本適用例にかかるセンサーモジュールは、圧電体と電極とが積層されたセンサー素子と、前記センサー素子が配置される第1凹部を有する第1部材と、前記第1部材に接合され前記第1部材の前記第1凹部を封止する第2部材と、前記第2部材と接触する第1プレートと、前記第1部材と接触する第2プレートと、前記第1プレート及び前記第2プレートを締結可能な締結部と、を備え、前記第1部材と前記センサー素子との接触面から前記第1部材と前記第2部材が接合される面までの寸法が前記センサー素子の前記圧電体と前記電極が積層される方向の寸法よりも大きく形成され、前記第1プレートには前記第2部材に向けて突出し前記第2部材と接触する第1凸部が設けられ、前記センサー素子は第2部材と接触していることを特徴とする。   Application Example 1 A sensor module according to this application example is joined to a sensor element in which a piezoelectric body and an electrode are laminated, a first member having a first recess in which the sensor element is disposed, and the first member. A second member that seals the first recess of the first member, a first plate that contacts the second member, a second plate that contacts the first member, the first plate, and the first plate A fastening portion capable of fastening two plates, and a dimension from a contact surface between the first member and the sensor element to a surface where the first member and the second member are joined is the piezoelectric of the sensor element. The first plate is provided with a first protrusion that protrudes toward the second member and contacts the second member, and the sensor element includes: In contact with the second member And wherein the door.

本適用例によれば、センサー素子が第1部材内に封止されたセンサーデバイスに対して、第2部材の外側から第1凸部によって押圧し、第2部材が変形することでセンサー素子へ与圧をかけることができる。このためセンサーデバイスの寸法誤差に起因する製造ばらつきに係らず、センサー素子に常に一定の与圧をかけることができ、測定誤差のない正確な検出データを得ることができる。   According to this application example, the sensor device in which the sensor element is sealed in the first member is pressed by the first convex portion from the outside of the second member, and the second member is deformed to be converted into the sensor element. Pressure can be applied. For this reason, a constant pressurization can always be applied to the sensor element irrespective of manufacturing variations caused by the dimensional error of the sensor device, and accurate detection data without a measurement error can be obtained.

[適用例2]上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記第2プレートは、前記第1部材に向けて突出し前記第1部材と接触する第2凸部が設けられていることが好ましい。   Application Example 2 In the sensor module according to the application example described above, it is preferable that the second plate is provided with a second convex portion that protrudes toward the first member and contacts the first member.

上記構成によれば、第1部材の底面に隙間が形成され、その隙間を利用して外部端子から接続配線を引き出すことができる。またセンサー素子の上下面から効率的に与圧をかけることができる。さらに第1プレートと第2プレートの間の隙間を広げることができ、配線や制御回路(IC)などを設置するスペースを確保することができる。   According to the said structure, a clearance gap is formed in the bottom face of a 1st member, A connection wiring can be pulled out from an external terminal using the clearance gap. Further, it is possible to efficiently apply pressure from the upper and lower surfaces of the sensor element. Furthermore, a gap between the first plate and the second plate can be widened, and a space for installing wiring, a control circuit (IC) and the like can be secured.

[適用例3]上記適用例2にかかるセンサーモジュールにおいて、前記第1部材の底面に、前記第2凸部と嵌合する第2凹部が形成されていることが好ましい。   Application Example 3 In the sensor module according to Application Example 2, it is preferable that a second recess that fits with the second protrusion is formed on the bottom surface of the first member.

上記構成によれば、第1部材の第2凹部と第2プレートの第2凸部とが嵌め合うことで位置決めでき、センサーデバイスと第2プレートとの位置あわせを容易に行なうことができる。   According to the said structure, it can position by the 2nd recessed part of a 1st member, and the 2nd convex part of a 2nd plate fitting, and can align a sensor device and a 2nd plate easily.

[適用例4]上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記第2部材の厚み方向の平面視において、前記第2部材の前記第1凸部と接触する部分を囲む周辺部には、前記第1凸部と接触する部分の厚みよりも薄い薄肉部を有することが好ましい。   Application Example 4 In the sensor module according to the application example described above, in the plan view in the thickness direction of the second member, the first member has a first peripheral portion surrounding the portion that contacts the first protrusion. It is preferable to have a thin part thinner than the thickness of the part which contacts a convex part.

上記構成によれば、第2部材に変形し易い薄肉部を有している。センサーデバイスを第1凸部により与圧をかけたとき、第2部材の薄肉部が変形することにより応力が緩和され、第1部材と第2部材の接合状態を保つことができる。また、各軸方向に対する力を加えたとき薄肉部が変形することにより効率よくセンサー素子に力を伝達することができる。   According to the said structure, it has a thin part which is easy to deform | transform into the 2nd member. When a pressure is applied to the sensor device by the first convex portion, the thin portion of the second member is deformed, so that the stress is relaxed, and the bonded state of the first member and the second member can be maintained. Further, when a force in each axial direction is applied, the thin portion is deformed, whereby the force can be efficiently transmitted to the sensor element.

[適用例5]上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記圧電体を複数積層させた前記センサー素子の積層方向をZ軸方向とした場合、当該Z軸方向に直交しかつ互いに直交する方向をそれぞれX軸方向、Y軸方向とした場合、少なくとも前記X軸方向の力を検出する第1センサー素子と、前記Y軸方向の力を検出する第2センサー素子と、前記Z軸方向の力を検出する第3センサー素子と、を備えることが好ましい。   Application Example 5 In the sensor module according to the application example described above, when the stacking direction of the sensor elements in which a plurality of the piezoelectric bodies are stacked is the Z-axis direction, the directions orthogonal to the Z-axis direction and to each other are respectively When the X-axis direction and the Y-axis direction are used, the first sensor element that detects at least the force in the X-axis direction, the second sensor element that detects the force in the Y-axis direction, and the force in the Z-axis direction are detected. And a third sensor element.

[適用例6]上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記締結部は、締結力の調整が可能であることが好ましい。   Application Example 6 In the sensor module according to the application example described above, it is preferable that the fastening portion can adjust the fastening force.

上記構成によれば、用途に応じて必要量の締結力を付加することができ、安定したセンサー特性を得ることができる。   According to the above configuration, a required amount of fastening force can be applied according to the application, and stable sensor characteristics can be obtained.

上記構成により、X方向、Y方向、Z方向、いわゆる3軸方向の力を検出するセンサー素子を相互の位置ずれが制御されることにより、3軸方向の力を検出するセンサーデバイスであっても高い検出精度を損なうことなく、安定して維持させることができる。   Even if it is a sensor device which detects the force of a triaxial direction by controlling the mutual position shift of the sensor element which detects the force of X direction, Y direction, Z direction, and what is called a triaxial direction by the above-mentioned composition. It can be stably maintained without impairing high detection accuracy.

[適用例7]本適用例にかかる力検出装置は、圧電体と電極とが積層されたセンサー素子と、前記センサー素子が配置される第1凹部を有する第1部材と、前記第1部材に接合され前記第1部材の前記第1凹部を封止する第2部材と、前記第2部材と接触する第1プレートと、前記第1部材と接触する第2プレートと、前記第1プレート及び前記第2プレートを締結可能な締結部と、前記センサー素子と電気的に接続する電子回路と、を備え、前記第1部材と前記センサー素子との接触面から前記第1部材と前記第2部材が接合される面までの寸法が前記センサー素子の前記圧電体と前記電極が積層される方向の寸法よりも大きく形成され、前記第1プレートには前記第2部材に向けて突出し前記第2部材と接触する第1凸部が設けられ、前記センサー素子は前記第2部材と接触していることを特徴とする。   Application Example 7 A force detection device according to this application example includes a sensor element in which a piezoelectric body and an electrode are laminated, a first member having a first recess in which the sensor element is disposed, and the first member. A second member that is bonded and seals the first recess of the first member; a first plate that contacts the second member; a second plate that contacts the first member; the first plate; A fastening portion capable of fastening the second plate; and an electronic circuit electrically connected to the sensor element, wherein the first member and the second member are formed from a contact surface between the first member and the sensor element. The dimension to the surface to be joined is formed larger than the dimension in the direction in which the piezoelectric body and the electrode of the sensor element are laminated, and the first plate protrudes toward the second member and the second member The first convex part to be contacted is provided, and the front The sensor element is characterized in that in contact with the second member.

上記構成によれば、センサー素子より得られる電荷量および電荷の正負により、外力を演算処理することが容易にできる。また、簡便な構成により3軸力検出センサーを得ることができる。さらに、前述センサーモジュールを複数個配置することで、トルク方向の力も含めた6軸の力検出センサーを得ることができる。   According to the above configuration, the external force can be easily processed by the amount of charge obtained from the sensor element and the sign of the charge. In addition, a triaxial force detection sensor can be obtained with a simple configuration. Furthermore, by arranging a plurality of the sensor modules, a six-axis force detection sensor including a force in the torque direction can be obtained.

[適用例8]本適用例にかかるロボットは、本体部と、前記本体部に接続するアーム部と、前記アーム部に接続するハンド部と、を備えるロボットであって、前記アーム部と前記ハンド部との接続部にセンサーモジュールを有し、前記センサーモジュールは、圧電体と電極とが積層されたセンサー素子と、前記センサー素子が配置される第1凹部を有する第1部材と、前記第1部材に接合され前記第1部材の前記第1凹部を封止する第2部材と、前記第2部材と接触する第1プレートと、前記第1部材と接触する第2プレートと、前記第1プレート及び前記第2プレートを締結可能な締結部と、を備え、前記第1部材と前記センサー素子との接触面から前記第1部材と前記第2部材が接合される面までの寸法が前記センサー素子の前記圧電体と前記電極が積層される方向の寸法よりも大きく形成され、前記第1プレートには前記第2部材に向けて突出し前記第2部材と接触する第1凸部が設けられ、前記センサー素子は前記第2部材と接触していることを特徴とする。   Application Example 8 A robot according to this application example is a robot including a main body portion, an arm portion connected to the main body portion, and a hand portion connected to the arm portion, and the arm portion and the hand A sensor module in a connection part with the sensor, wherein the sensor module includes a sensor element in which a piezoelectric body and an electrode are laminated, a first member having a first recess in which the sensor element is disposed, and the first member A second member that is joined to the member and seals the first recess of the first member; a first plate that contacts the second member; a second plate that contacts the first member; and the first plate And a fastening portion capable of fastening the second plate, and a dimension from a contact surface between the first member and the sensor element to a surface where the first member and the second member are joined is the sensor element. The piezoelectric body of The first plate is formed larger than the dimension in the direction in which the electrodes are stacked, and the first plate is provided with a first protrusion that protrudes toward the second member and contacts the second member. It is in contact with two members.

上記構成を用いることにより、作動するロボットアームあるいはロボットハンドに対して、所定動作中に起こる障害物への接触の検出、対象物への接触力を、力検出装置により確実に検出し、ロボット制御装置へデータをフィードバックすることで、安全で細かな作業を行うことができる。   By using the above configuration, the robot arm or robot hand detects the contact with the obstacle that occurs during the specified operation, and the force detection device reliably detects the contact force with the object. By feeding back data to the device, safe and detailed work can be performed.

第1実施形態に係るセンサーモジュールの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the sensor module which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態のセンサーデバイス(第2部材を省略)の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the sensor device (a 2nd member is abbreviate | omitted) of 1st Embodiment. 第1実施形態のベース部材の平面図。The top view of the base member of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2部材の平面図。The top view of the 2nd member of 1st Embodiment. 第1実施形態のセンサー素子の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the sensor element of 1st Embodiment. 第1部材と第2部材を溶接してセンサー素子を収容した状態の説明図。Explanatory drawing of the state which welded the 1st member and the 2nd member and accommodated the sensor element. 第2実施形態に係るセンサーモジュールの断面図。Sectional drawing of the sensor module which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るセンサーモジュールの断面図。Sectional drawing of the sensor module which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るセンサーモジュールの断面図。Sectional drawing of the sensor module which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態の力検出装置を示し、(a)は模式図、(b)は平面図。The force detection apparatus of 5th Embodiment is shown, (a) is a schematic diagram, (b) is a top view. 第6実施形態の力検出装置を搭載したロボットの模式図。The schematic diagram of the robot carrying the force detection apparatus of 6th Embodiment. 従来技術のセンサーデバイスの模式図。The schematic diagram of the sensor device of a prior art.

(第1実施形態)
本実施形態のセンサーモジュールについて図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は第1実施形態に係るセンサーモジュールの断面図を示す。図2は本実施形態のセンサーデバイス(第2部材を省略)の平面図を示す。図3は本実施形態のベース部材の平面図を示す。
(First embodiment)
The sensor module of this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of a sensor module according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view of the sensor device (the second member is omitted) of the present embodiment. FIG. 3 is a plan view of the base member of this embodiment.

<センサーモジュールの構成>
第1実施形態に係るセンサーモジュール10は、力成分を検出可能なセンサー素子を第1部材12内に封入したセンサーデバイス11と、センサーデバイス11をプレート間で挟むように支持する第1プレート70及び第2プレート80と、第1プレート70と第2プレート80間のセンサーデバイス11を加圧しながら固定する締結部86を主な基本構成としている。本実施形態のセンサーデバイス11は、第1部材12と、第2部材34と、センサー素子42を主な基本構成としている。
<Configuration of sensor module>
The sensor module 10 according to the first embodiment includes a sensor device 11 in which a sensor element capable of detecting a force component is enclosed in a first member 12, a first plate 70 that supports the sensor device 11 so as to be sandwiched between the plates, and The main basic configuration is the second plate 80 and the fastening portion 86 that fixes the sensor device 11 between the first plate 70 and the second plate 80 while applying pressure. The sensor device 11 of the present embodiment has a first member 12, a second member 34, and a sensor element 42 as the main basic configuration.

図1、図2に示すように、第1部材12は、ベース部材14と側壁部材24からなり、いずれもセラミック等の絶縁性材料により形成されている。ベース部材14は、平面視矩形の平板形状であり上面にセンサー素子42が配置される。側壁部材24は、センサー素子42の周囲を囲むよう(リング状)にベース部材14上に配置される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first member 12 includes a base member 14 and a side wall member 24, both of which are formed of an insulating material such as ceramic. The base member 14 is a flat plate having a rectangular shape in plan view, and the sensor element 42 is disposed on the upper surface. The side wall member 24 is disposed on the base member 14 so as to surround the sensor element 42 (ring shape).

〔ベース部材の構成〕
図3に示すように、ベース部材14の上面の中央には、センサー素子42の下面に接続する接地電極16が配置されている。また、ベース部材14の下面の四隅には外部電極20A、20B、20C、20Dが配置されている。図1に示すように、外部電極20A、20B、20C、20Dは、それぞれ電子回路基板94上の実装電極96に接続される。
[Configuration of base member]
As shown in FIG. 3, the ground electrode 16 connected to the lower surface of the sensor element 42 is disposed at the center of the upper surface of the base member 14. In addition, external electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D are arranged at the four corners of the lower surface of the base member 14. As shown in FIG. 1, the external electrodes 20 </ b> A, 20 </ b> B, 20 </ b> C, and 20 </ b> D are each connected to a mounting electrode 96 on the electronic circuit board 94.

また、図1、図2、図3に示すように、ベース部材14の上面には接続電極18A、18B、18C、18Dが配置されている。接続電極18A、18B、18C、18Dは、それぞれ外部電極20A、20B、20C、20Dに対応して配置され、一端がそれぞれ平面視で外部電極20A、20B、20C、20Dに対向する位置に配置されている。そして、接続電極18A、18B、18C、18Dの一端と、外部電極20A、20B、20C、20Dとはベース部材14を貫通する貫通電極22A,22B,22C,22Dを介してそれぞれ電気的に接続されている。一方、接続電極18A、18B、18Cの他端は、接地電極16の近傍となる位置に配置されている。そして接続電極18Dの他端は、接地電極16に接続されている。   As shown in FIGS. 1, 2, and 3, connection electrodes 18 </ b> A, 18 </ b> B, 18 </ b> C, and 18 </ b> D are disposed on the upper surface of the base member 14. The connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D are arranged corresponding to the external electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D, respectively, and one ends thereof are arranged at positions facing the external electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D in plan view. ing. One end of each of the connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D and the external electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D are electrically connected to each other through the through electrodes 22A, 22B, 22C, and 22D that penetrate the base member 14, respectively. ing. On the other hand, the other ends of the connection electrodes 18A, 18B, and 18C are arranged at positions near the ground electrode 16. The other end of the connection electrode 18D is connected to the ground electrode 16.

図2に示すように、側壁部材24は、ベース部材14上の周縁となる位置に積層される。側壁部材24は、接続電極18A、18B、18C、18Dを覆うように配置されるが、側壁部材24の内側に接続電極18A、18B、18C、18Dの他端側を露出させ、接地電極16も露出させた状態でベース部材14に積層される。また、図1に示すように、側壁部材24の上面にはメタライズ26が配置され、これが第1部材12の上面32となる。そして、図1、図2に示すように、側壁部材24の接続電極18Dに対向する位置には、側壁部材24を高さ方向に貫通する貫通電極28が配置され、メタライズ26と接続電極18Dとが貫通電極28を介して電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the side wall member 24 is laminated at a position on the base member 14. The side wall member 24 is disposed so as to cover the connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D, but the other end side of the connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D is exposed inside the side wall member 24, and the ground electrode 16 is also formed. The base member 14 is laminated in an exposed state. Further, as shown in FIG. 1, a metallized layer 26 is disposed on the upper surface of the side wall member 24, and this becomes the upper surface 32 of the first member 12. As shown in FIGS. 1 and 2, a through electrode 28 penetrating the side wall member 24 in the height direction is disposed at a position facing the connection electrode 18D of the side wall member 24, and the metallized 26, the connection electrode 18D, Are electrically connected through the through electrode 28.

よって図1、図2に示すように、第1部材12においては、側壁部材24により第1部材12に第1凹部30が形成され、メタライズ26が配置された側壁部材24の上面32により第1凹部30の外周となる外周面が形成される。なお、接地電極16及び接続電極18A,18B,18C,18Dは、導電性を備える金属で形成され、メタライズ26も接地電極16等と同一材料で形成することができる。   Accordingly, as shown in FIGS. 1 and 2, in the first member 12, the first concave portion 30 is formed in the first member 12 by the side wall member 24, and the first upper surface 32 of the side wall member 24 on which the metallized 26 is disposed is first. An outer peripheral surface serving as an outer periphery of the recess 30 is formed. The ground electrode 16 and the connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D are formed of a metal having conductivity, and the metallized 26 can be formed of the same material as the ground electrode 16 and the like.

また、側壁部材24の厚み(高さ)は、後述の第1センサー素子46と第2センサー素子52と第3センサー素子58の総厚み(高さ)よりも大きく設定されている。   Further, the thickness (height) of the side wall member 24 is set larger than the total thickness (height) of a first sensor element 46, a second sensor element 52, and a third sensor element 58, which will be described later.

〔第2部材の構成〕
図4は本実施形態のセンサーモジュールの第1プレートを透視してセンサーデバイスを上面から見た平面図を示す。図1、図4に示すように、第2部材34は、ステンレスやコバール等の金属により略矩形形状に形成されている。そして、第2部材34の平面視で側壁部材24と重なる位置が矩形のリング状の周縁部38となり、周縁部38の内側が力伝達部36となっている。この力伝達部36は、第2部材34の平面視で後述のセンサー素子42の受力面となる上面44よりも大きく、周縁部38よりも小さい。さらに、第2部材34の断面視で周縁部38と力伝達部36の間は、凹部が形成されている。本実施形態の第2部材34は、プレス成型やエッチングにより形成することができる。力伝達部36は、後述の第1プレート70により与圧が付加された状態でセンサー素子42の受力面となる上面44の全面に面接触している。
[Configuration of second member]
FIG. 4 is a plan view of the sensor device as seen from the top through the first plate of the sensor module of the present embodiment. As shown in FIGS. 1 and 4, the second member 34 is formed in a substantially rectangular shape from a metal such as stainless steel or Kovar. And the position which overlaps with the side wall member 24 by planar view of the 2nd member 34 becomes a rectangular ring-shaped peripheral part 38, and the inner side of the peripheral part 38 is the force transmission part 36. FIG. The force transmission portion 36 is larger than the upper surface 44 that is a force receiving surface of the sensor element 42 described later in plan view of the second member 34 and smaller than the peripheral portion 38. Further, a recess is formed between the peripheral edge portion 38 and the force transmission portion 36 in the sectional view of the second member 34. The second member 34 of the present embodiment can be formed by press molding or etching. The force transmission unit 36 is in surface contact with the entire upper surface 44 serving as a force receiving surface of the sensor element 42 in a state where pressure is applied by a first plate 70 described later.

周縁部38は、図1に示すように、シーム溶接により側壁部材24の上面32を形成するメタライズ26と接合している。このシーム溶接は、乾燥雰囲気下もしくは真空雰囲気下で行なわれ、第2部材34とメタライズ26とのシーム溶接により、センサー素子42を第1部材12内で気密封止している。ここで、第2部材34は、メタライズ26、貫通電極28を介して接続電極18Dに電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the peripheral portion 38 is joined to the metallized layer 26 that forms the upper surface 32 of the side wall member 24 by seam welding. The seam welding is performed in a dry atmosphere or a vacuum atmosphere, and the sensor element 42 is hermetically sealed in the first member 12 by seam welding between the second member 34 and the metallized 26. Here, the second member 34 is electrically connected to the connection electrode 18 </ b> D via the metallization 26 and the through electrode 28.

〔センサー素子の構成〕
図1に示すように、センサー素子42は、圧電性を有する、例えば水晶、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどから形成される板状基板を有し、本実施形態では圧電体として水晶板を用いている。そして、センサー素子42は、上から順に第1センサー素子46、第3センサー素子58、第2センサー素子52を積層し形成されたものである。第1センサー素子46は、第1水晶板48A、48Bが第1検出電極50を挟むように形成されている。第2センサー素子52は、第2水晶板54A、54Bが第2検出電極56を挟むように形成されている。第3センサー素子58は、第3水晶板60A,60Bが第3検出電極62を挟むように形成されている。
[Configuration of sensor element]
As shown in FIG. 1, the sensor element 42 is formed of, for example, quartz, lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), lithium niobate, lithium tantalate, or the like having piezoelectricity. It has a plate-like substrate, and in this embodiment, a quartz plate is used as the piezoelectric body. The sensor element 42 is formed by laminating a first sensor element 46, a third sensor element 58, and a second sensor element 52 in order from the top. The first sensor element 46 is formed such that the first quartz plates 48A and 48B sandwich the first detection electrode 50. The second sensor element 52 is formed such that the second crystal plates 54 </ b> A and 54 </ b> B sandwich the second detection electrode 56. The third sensor element 58 is formed so that the third crystal plates 60 </ b> A and 60 </ b> B sandwich the third detection electrode 62.

そして、第1センサー素子46(第1水晶板48B)と第3センサー素子58(第3水晶板60A)との間には電極となる第1接地電極64が配置され、第3センサー素子58(第3水晶板60B)と第2センサー素子52(第2水晶板54A)との間には第2接地電極66が配置されている。さらに、第1センサー素子46(第1水晶板48A)の上面はセンサー素子42の上面44となっており、第2部材34の力伝達部36に面接触して接地されている。また、第2センサー素子52(第2水晶板54B)の下面は、接地電極16に接続されることにより接地される。   A first ground electrode 64 serving as an electrode is disposed between the first sensor element 46 (first crystal plate 48B) and the third sensor element 58 (third crystal plate 60A), and the third sensor element 58 ( A second ground electrode 66 is disposed between the third crystal plate 60B) and the second sensor element 52 (second crystal plate 54A). Furthermore, the upper surface of the first sensor element 46 (first crystal plate 48A) is the upper surface 44 of the sensor element 42, and is in surface contact with the force transmission portion 36 of the second member 34 and grounded. The lower surface of the second sensor element 52 (second crystal plate 54B) is grounded by being connected to the ground electrode 16.

図2に示すように、第1検出電極50、第2検出電極56、第3検出電極62、第1接地電極64、第2接地電極66は、積層した第1乃至第3水晶板からその一部がはみ出るようにそれぞれ配置されている。そして第1検出電極50は、導電性のワイヤー68Aにより接続電極18Aの露出部分(他端側)に接続され、第2検出電極56は、ワイヤー68Bにより接続電極18Bの露出部分(他端側)に接続され、第3検出電極62は、ワイヤー68Cにより接続電極18Cの露出部分(他端側)に接続される。また、第1接地電極64、及び第2接地電極66は、それぞれワイヤー68D、68Eにより接続電極18Dの露出部分(他端側)に接続されている。   As shown in FIG. 2, the first detection electrode 50, the second detection electrode 56, the third detection electrode 62, the first ground electrode 64, and the second ground electrode 66 are formed from stacked first to third crystal plates. Each part is arranged so that it protrudes. The first detection electrode 50 is connected to the exposed portion (the other end side) of the connection electrode 18A by the conductive wire 68A, and the second detection electrode 56 is connected to the exposed portion (the other end side) of the connection electrode 18B by the wire 68B. The third detection electrode 62 is connected to the exposed portion (the other end side) of the connection electrode 18C by a wire 68C. The first ground electrode 64 and the second ground electrode 66 are connected to the exposed portion (the other end side) of the connection electrode 18D by wires 68D and 68E, respectively.

上記接続により、外部電極20Aは、貫通電極22A、接続電極18A、ワイヤー68Aを介して第1検出電極50に電気的に接続される。また、外部電極20Bは、貫通電極22B、接続電極18B、ワイヤー68Bを介して第2検出電極56に電気的に接続される。そして、外部電極20Cは、貫通電極22C、接続電極18C、ワイヤー68Cを介して第3検出電極62に電気的に接続される。   With the above connection, the external electrode 20A is electrically connected to the first detection electrode 50 through the through electrode 22A, the connection electrode 18A, and the wire 68A. The external electrode 20B is electrically connected to the second detection electrode 56 through the through electrode 22B, the connection electrode 18B, and the wire 68B. The external electrode 20C is electrically connected to the third detection electrode 62 through the through electrode 22C, the connection electrode 18C, and the wire 68C.

また、外部電極20Dは、貫通電極22D、接続電極18Dを介して接地電極16に電気的に接続される。さらに外部電極20Dは、接続電極18Dに接続したワイヤー68Dを介して第1接地電極64に電気的に接続され、接続電極18Dに接続したワイヤー68Eを介して第2接地電極66に電気的に接続され、接続電極18Dに接続した貫通電極28及びメタライズ26を介して第2部材34に電気的に接続される。   The external electrode 20D is electrically connected to the ground electrode 16 through the through electrode 22D and the connection electrode 18D. Further, the external electrode 20D is electrically connected to the first ground electrode 64 via a wire 68D connected to the connection electrode 18D, and is electrically connected to the second ground electrode 66 via a wire 68E connected to the connection electrode 18D. Then, it is electrically connected to the second member 34 through the through electrode 28 and the metallized 26 connected to the connection electrode 18D.

前述の各種電極の材料としては、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄などの単体もしくは合金を用いることができる。例えば、鉄合金としてステンレススチールを用いることも可能であり、耐久性、耐食性が優れることから好適に用いられる。   As the materials for the various electrodes described above, a simple substance or an alloy such as gold, titanium, aluminum, copper, or iron can be used. For example, stainless steel can be used as the iron alloy, and it is preferably used because of its excellent durability and corrosion resistance.

図5は本実施形態のセンサー素子の模式図を示す。本実施形態において、力伝達部36はセンサー素子42の上面44の法線方向(γ軸)に平行な方向の力のみならず、上面44の面方向の力、すなわち、γ軸にそれぞれ直交し、かつ互いに直交する2つの方向(α軸、β軸)の力を上面44に伝達可能である。そして、センサー素子42は後述のようにα軸、β軸、γ軸にそれぞれ平行な力を検出することができる。   FIG. 5 shows a schematic diagram of the sensor element of the present embodiment. In the present embodiment, the force transmission unit 36 is orthogonal to not only the force in the direction parallel to the normal direction (γ axis) of the upper surface 44 of the sensor element 42 but also the force in the surface direction of the upper surface 44, that is, the γ axis. In addition, forces in two directions (α axis and β axis) orthogonal to each other can be transmitted to the upper surface 44. The sensor element 42 can detect forces parallel to the α-axis, β-axis, and γ-axis, as will be described later.

第1センサー素子46において、第1水晶板48A,48Bは、Yカット水晶板により形成され、圧電効果を発生させる結晶方位であるX方向が第1水晶板48A,48Bの法線(図5のγ軸に平行な方向)に垂直な方向となる結晶方位を有している。そして、第1水晶板48A,48Bは、X方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第1水晶板48A,48Bは、X方向が空間直交座標のα軸と平行となるように配置されている。   In the first sensor element 46, the first crystal plates 48A and 48B are formed of Y-cut crystal plates, and the X direction, which is the crystal orientation for generating the piezoelectric effect, is normal to the first crystal plates 48A and 48B (FIG. 5). The crystal orientation is perpendicular to the direction parallel to the γ-axis. The first crystal plates 48A and 48B are arranged so that the X directions are opposite to each other. Furthermore, the first crystal plates 48A and 48B are arranged so that the X direction is parallel to the α axis of the space orthogonal coordinates.

第2センサー素子52において、第2水晶板54A,54Bは、Yカット水晶板により形成され、X方向が第2水晶板54A,54Bの法線(γ軸に平行な方向)に垂直な方向となる結晶方位を有している。そして、第2水晶板54A,54Bは、X方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第2水晶板54A,54Bは、X方向が空間直交座標のβ軸と平行となるように配置されている。   In the second sensor element 52, the second crystal plates 54A and 54B are formed of Y-cut crystal plates, and the X direction is perpendicular to the normal line (the direction parallel to the γ axis) of the second crystal plates 54A and 54B. The crystal orientation is as follows. The second crystal plates 54A and 54B are arranged so that the X directions are opposite to each other. Further, the second crystal plates 54A and 54B are arranged so that the X direction is parallel to the β-axis of the space orthogonal coordinates.

第3センサー素子58において、第3水晶板60A,60Bは、Xカット水晶板により形成され、X方向が第3水晶板60A,60Bの法線(γ軸に平行な方向)と平行な方向となる結晶方位を有している。そして、第3水晶板60A,60Bは、X方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第3水晶板60A,60Bは、X方向が空間直交座標のγ軸と平行となるように配置されている。   In the third sensor element 58, the third crystal plates 60A and 60B are formed by X-cut crystal plates, and the X direction is parallel to the normal line (the direction parallel to the γ axis) of the third crystal plates 60A and 60B. The crystal orientation is as follows. The third crystal plates 60A and 60B are arranged so that the X directions are opposite to each other. Furthermore, the third crystal plates 60A and 60B are arranged so that the X direction is parallel to the γ-axis of the space orthogonal coordinates.

図5に示すように、本実施形態のセンサー素子42は、空間直交座標のγ軸に平行な方向をセンサー素子42の高さ方向としている。そして、後述する第1プレート70及び第2プレート80によりγ軸の方向から挟み込まれ与圧が与えられ、第1凸部72を介してセンサー素子42にγ軸に平行な方向から与圧が付加される。これにより、第3水晶板60A,60BはX方向から与圧(圧縮力)を受けることになるので圧電効果により電荷が誘起し、第3検出電極62に電荷(Fz信号)が出力される。   As shown in FIG. 5, the sensor element 42 of the present embodiment has a direction parallel to the γ-axis of the space orthogonal coordinates as the height direction of the sensor element 42. Then, the first plate 70 and the second plate 80, which will be described later, are sandwiched from the direction of the γ-axis and given pressure, and the pressure is applied to the sensor element 42 through the first convex portion 72 from the direction parallel to the γ-axis. Is done. As a result, the third crystal plates 60A and 60B receive pressure (compression force) from the X direction, so that charge is induced by the piezoelectric effect, and charge (Fz signal) is output to the third detection electrode 62.

上記構成において、第1プレート70及び第2プレート80(図10参照)の相対位置が互いにα軸に平行な方向にずれる外力が付加されると、第1凸部72を介してセンサー素子42には、α軸に平行な方向の外力が付加される。すると、第1水晶板48A,48Bは、X方向から外力(せん断力)を受けることになるので圧電効果により電荷を誘起し、第1検出電極50に電荷(Fx信号)が出力される。   In the above-described configuration, when an external force is applied in which the relative positions of the first plate 70 and the second plate 80 (see FIG. 10) are shifted in the direction parallel to the α axis, the sensor element 42 is interposed via the first convex portion 72. Is applied with an external force in a direction parallel to the α-axis. Then, since the first quartz plates 48A and 48B receive external force (shearing force) from the X direction, charges are induced by the piezoelectric effect, and charges (Fx signal) are output to the first detection electrode 50.

また第1プレート70及び第2プレート80(図10参照)の相対位置が互いにβ軸に平行な方向にずれる外力が付加されると、第1凸部72を介してセンサー素子42には、β軸に平行な方向の外力が付加される。すると第2水晶板54A,54BはX方向から外力(せん断力)を受けることになるので圧電効果により電荷を誘起し、第2検出電極56に電荷(Fy信号)が出力される。   Further, when an external force is applied in which the relative positions of the first plate 70 and the second plate 80 (see FIG. 10) are shifted from each other in the direction parallel to the β axis, the sensor element 42 is connected to the sensor element 42 via the first protrusion 72. An external force in a direction parallel to the axis is applied. Then, since the second crystal plates 54A and 54B receive external force (shearing force) from the X direction, electric charges are induced by the piezoelectric effect, and electric charges (Fy signals) are output to the second detection electrodes 56.

さらに第1プレート70及び第2プレート80(図10参照)の相対位置が互いにγ軸に平行な方向にずれる外力が付加されると、第1凸部72を介してセンサー素子42には、γ軸に平行な方向の外力が付加される。すると、第3水晶板60A,60BはX方向から外力(圧縮力または引張力)を受けることになるので圧電効果により誘起される電荷量が変化し、第3検出電極62に出力される電荷(Fz信号)の大きさが変化する。   Further, when an external force is applied so that the relative positions of the first plate 70 and the second plate 80 (see FIG. 10) are shifted in the direction parallel to the γ axis, the sensor element 42 is subjected to γ via the first protrusion 72. An external force in a direction parallel to the axis is applied. Then, since the third crystal plates 60A and 60B receive an external force (compression force or tensile force) from the X direction, the amount of charge induced by the piezoelectric effect changes, and the charge output to the third detection electrode 62 ( The magnitude of the (Fz signal) changes.

よって、本実施形態のセンサーデバイス11は、外部電極20Aを介して第1検出電極50に出力される電荷(Fx信号)と、外部電極20Bを介して第2検出電極56に出力される電荷(Fy信号)と、外部電極20Cを介して第3検出電極62に出力される電荷(Fz信号)と、をそれぞれモニターすることができ、互いに直交するα軸(後述のX軸)、β軸(後述のY軸)、γ軸(後述のZ軸)に平行な方向の外力(Fx、Fy、Fz)を検知することができる。なお、センサー素子42は、第1センサー素子46、第2センサー素子52、第3センサー素子58の積層構造となっているが、少なくともいずれか1つ以上を用いる構成としてもよい。   Therefore, the sensor device 11 of the present embodiment has a charge (Fx signal) output to the first detection electrode 50 via the external electrode 20A and a charge (Fx signal) output to the second detection electrode 56 via the external electrode 20B. Fy signal) and the charge (Fz signal) output to the third detection electrode 62 via the external electrode 20C can be monitored, respectively, and an α axis (X axis described later), β axis (described later) It is possible to detect external forces (Fx, Fy, Fz) in a direction parallel to the Y axis (described later) and the γ axis (Z axis described later). The sensor element 42 has a laminated structure of the first sensor element 46, the second sensor element 52, and the third sensor element 58, but may be configured to use at least one of them.

<センサーデバイスの製造方法>
このようなセンサーデバイス11の製造方法は、図6に示すように、まずセンサー素子42をベース部材14上に載置し、ついで第2部材34の周縁部38が第1部材12の側壁部材24の上面と一致するように配置する。そして、第2部材34の中央に錘を配置して第2部材34に荷重を掛ける。そして、ローラー電極を第2部材34のメタライズ26(側壁部材24)との接続位置に押し付けて、ローラー電極に電流を印加して第2部材34と、メタライズ26と、をシーム溶接により接合する。
このように、センサーデバイス11は、センサー素子42と第2部材34の間に隙間が生じた状態にある。
<Method for manufacturing sensor device>
In the manufacturing method of such a sensor device 11, as shown in FIG. 6, first, the sensor element 42 is placed on the base member 14, and then the peripheral portion 38 of the second member 34 is the side wall member 24 of the first member 12. It arrange | positions so that it may correspond with the upper surface. Then, a weight is disposed in the center of the second member 34 and a load is applied to the second member 34. Then, the roller electrode is pressed against the connection position of the second member 34 with the metallization 26 (side wall member 24), and an electric current is applied to the roller electrode to join the second member 34 and the metallization 26 by seam welding.
Thus, the sensor device 11 is in a state where a gap is generated between the sensor element 42 and the second member 34.

〔第1、第2プレートの構成〕
本実施形態の第1プレート70は、平面視で第1部材12よりも大きい略矩形のプレート板である。第1プレート70は材質にステンレス等の金属材料を用いており、所定の強度を備えて加工容易に形成することができる。第1プレート70は、第1部材12側の主面に、第2部材34に向けて突出した凸状の第1凸部72を形成している。第1凸部72は、平面視でセンサー素子42の上面44の全領域と重なり、かつ、第1部材12の内周縁の領域の内部に納まる押圧面73を備えている。換言すれば押圧面73の面積は、センサー素子42の上面の面積以上で、かつ第1部材12の内周縁の領域よりも小さく形成している(第2部材34の力伝達部36よりも小さく形成している)。第1凸部72は、プレス加工又はエッチング等により形成することができる。第1プレート70は、後述するボルトなどの締結部86が挿入される貫通孔74が形成されている。貫通孔74は、締結部86のヘッドが挿入される第1孔74Aと、シャフトが挿入される第2孔74Bとから構成されている。
[Configuration of the first and second plates]
The first plate 70 of the present embodiment is a substantially rectangular plate plate that is larger than the first member 12 in plan view. The first plate 70 is made of a metal material such as stainless steel, and has a predetermined strength and can be easily formed. The first plate 70 has a convex first convex portion 72 protruding toward the second member 34 on the main surface on the first member 12 side. The first convex portion 72 includes a pressing surface 73 that overlaps with the entire region of the upper surface 44 of the sensor element 42 in a plan view and fits inside the inner peripheral region of the first member 12. In other words, the area of the pressing surface 73 is equal to or larger than the area of the upper surface of the sensor element 42 and smaller than the area of the inner peripheral edge of the first member 12 (smaller than the force transmission portion 36 of the second member 34). Forming). The 1st convex part 72 can be formed by press work or an etching. The first plate 70 has a through hole 74 into which a fastening portion 86 such as a bolt described later is inserted. The through hole 74 includes a first hole 74A into which the head of the fastening portion 86 is inserted, and a second hole 74B into which the shaft is inserted.

第2プレート80は、平面視で第1部材12よりも大きく、第1プレート70と略同一形状のプレート板である。第2プレート80は、後述する締結部86の雄ねじが螺合するネジ穴82が形成されている。第2プレート80は材質にステンレス等の金属材料を用いており、所定の強度を備えて加工容易に形成することができる。また第2プレート80の上面には、電子回路基板94が形成されており、センサーデバイス11の外部電極20A,20B,20C,20Dと電気的に接続可能に構成している。なお、第1プレート70及び第2プレート80は、平面視で矩形形状のほか円板、楕円、多角形に形成しても良い。   The second plate 80 is a plate plate that is larger than the first member 12 in plan view and has substantially the same shape as the first plate 70. The second plate 80 is formed with a screw hole 82 into which a male screw of a fastening portion 86 described later is screwed. The second plate 80 is made of a metal material such as stainless steel and has a predetermined strength and can be easily formed. An electronic circuit board 94 is formed on the upper surface of the second plate 80 and is configured to be electrically connected to the external electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D of the sensor device 11. Note that the first plate 70 and the second plate 80 may be formed in a disk, an ellipse, or a polygon in addition to a rectangular shape in plan view.

締結部86は、第1プレート70及び第2プレート80間でセンサーデバイス11を挟持した状態で第1プレート70及び第2プレート80を締結する部材である。本実施形態の締結部86は締結ボルトである。締結ボルトはヘッドとシャフトから構成されている。シャフトの先端は、ねじ切り加工が施された雄ねじが形成されて、第2プレート80のネジ穴82へ螺合させることができる。このような締結部86は、第1プレート70及び第2プレート80間にセンサーデバイス11を加圧しながら固定できれば良く、本実施形態では、一例としてセンサーデバイス11を間に挟むように2箇所に設置している。このように、締結部86により、第1プレート70と第2プレート80との締結力を調整することができる。また、この締結力の調整とは、第1プレート70と第2プレート80との隙間を調整することでもある。   The fastening portion 86 is a member that fastens the first plate 70 and the second plate 80 in a state where the sensor device 11 is sandwiched between the first plate 70 and the second plate 80. The fastening part 86 of this embodiment is a fastening bolt. The fastening bolt is composed of a head and a shaft. The tip of the shaft is formed with a threaded male screw and can be screwed into the screw hole 82 of the second plate 80. Such a fastening portion 86 only needs to be able to fix the sensor device 11 between the first plate 70 and the second plate 80 while applying pressure. In this embodiment, the fastening device 86 is installed at two locations so as to sandwich the sensor device 11 as an example. doing. In this manner, the fastening force between the first plate 70 and the second plate 80 can be adjusted by the fastening portion 86. Further, the adjustment of the fastening force is to adjust the gap between the first plate 70 and the second plate 80.

〔センサーモジュールの組み立て〕
このようなセンサーモジュール10の組み立ては、まず第2プレート80の実装面に形成された電子回路基板94上にセンサーデバイス11を載置し、外部電極20A,20B,20C,20Dと実装電極96を電気的に接続させる。そして第1プレート70を、第1凸部72とセンサーデバイス11のセンサー素子42上面が平面視で重なるようにセンサーデバイス11上に配置する。次に締結部86となる締結ボルトを第1プレート70の貫通孔74から挿入し、第2プレート80のネジ穴82に螺合させる。このとき所定の与圧(例えば10kN程度)が付加されるように締結部86の締め込み量を調整することができる。
[Assembly of sensor module]
In assembling such a sensor module 10, first, the sensor device 11 is placed on the electronic circuit board 94 formed on the mounting surface of the second plate 80, and the external electrodes 20 </ b> A, 20 </ b> B, 20 </ b> C, 20 </ b> D and the mounting electrode 96 are mounted. Connect electrically. Then, the first plate 70 is disposed on the sensor device 11 so that the first convex portion 72 and the upper surface of the sensor element 42 of the sensor device 11 overlap in plan view. Next, a fastening bolt to be the fastening portion 86 is inserted from the through hole 74 of the first plate 70 and screwed into the screw hole 82 of the second plate 80. At this time, the tightening amount of the fastening portion 86 can be adjusted so that a predetermined pressure (for example, about 10 kN) is applied.

〔効果〕
このような構成のセンサーモジュールによれば、センサー素子42が第1部材12内に封止されたセンサーデバイス11に対して、第2部材34の外側から第1凸部72を介してセンサー素子42へ所定の与圧を付加することができる。
〔effect〕
According to the sensor module having such a configuration, the sensor element 42 is sealed from the outside of the second member 34 via the first protrusion 72 with respect to the sensor device 11 in which the sensor element 42 is sealed in the first member 12. A predetermined pressurization can be applied.

このように、センサー素子42に常に一定の与圧をすることができ、測定誤差のない正確な検出データを得ることができる。よってセンサーデバイス11の歩留りが良くなる。さらに、例えば潤滑油、水や薬品などの液体などに曝された環境下での使用であっても第2部材34内部のセンサー素子42を保護することができるため、信頼性の高いセンサーモジュール10を得ることができる。   In this way, the sensor element 42 can be constantly applied with a constant pressure, and accurate detection data free from measurement errors can be obtained. Therefore, the yield of the sensor device 11 is improved. Furthermore, since the sensor element 42 inside the second member 34 can be protected even when used in an environment exposed to a liquid such as lubricating oil, water or chemicals, the highly reliable sensor module 10. Can be obtained.

(第2実施形態)
図7は第2実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。第2実施形態に係るセンサーモジュール10Aは、第1実施形態の第2プレート80の電子回路基板94に代えて第2凸部84を設けている。その他の構成は第1実施形態のセンサーモジュール10と同一の構成であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the sensor module according to the second embodiment. 10 A of sensor modules which concern on 2nd Embodiment replace with the electronic circuit board 94 of the 2nd plate 80 of 1st Embodiment, and have provided the 2nd convex part 84. FIG. The other configuration is the same as that of the sensor module 10 of the first embodiment, and the same reference numerals are given and detailed description is omitted.

第2プレート80Aは、センサーデバイス11を実装する実装面に第1凸部72と略同一形状の第2凸部84が形成されている。第2凸部84は、平面視で第1部材12の底面よりも小さく、センサー素子42の下面の面積と同等又はこれよりも大きい面積の押圧面85を備えている。   The second plate 80 </ b> A has a second protrusion 84 having substantially the same shape as the first protrusion 72 on the mounting surface on which the sensor device 11 is mounted. The second convex portion 84 includes a pressing surface 85 that is smaller than the bottom surface of the first member 12 in plan view and has an area equal to or larger than the area of the lower surface of the sensor element 42.

このような構成の第2実施形態に係るセンサーモジュール10Aによれば、センサーデバイス11のセンサー素子42を上下面から均等かつ効果的に与圧を付加させることができる。また、センサーデバイス11の底面に形成された外部電極20A,20B,20C,20Dと第2プレート80Aの間に隙間が形成されるため、金属配線を引き出し易くすることができ、外部の電子回路基板と電気的に容易に接続させることができる。
According to the sensor module 10A according to the second embodiment having such a configuration, the sensor element 42 of the sensor device 11 can be pressurized evenly and effectively from the upper and lower surfaces. Further, since gaps are formed between the external electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D formed on the bottom surface of the sensor device 11 and the second plate 80A , the metal wiring can be easily pulled out, and an external electronic circuit It can be easily electrically connected to the substrate.

(第3実施形態)
図8は第3実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。第3実施形態に係るセンサーモジュール10Bは、第1部材12の下面に第2凸部84が嵌合する第2凹部15を形成している。その他の構成は第2実施形態のセンサーモジュール10Aと同一の構成であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view of a sensor module according to the third embodiment. In the sensor module 10 </ b> B according to the third embodiment, the second concave portion 15 in which the second convex portion 84 is fitted is formed on the lower surface of the first member 12. The other configuration is the same as that of the sensor module 10A of the second embodiment, and the same reference numerals are given and detailed description is omitted.

本実施形態の第2凹部15は、第1部材12のベース部材14の底面であって、センサー素子42の下面と対向する位置に形成されている。第2凹部15は第2凸部84が嵌合する下向きの凹状となるように、プレス加工、エッチング等を用いて形成することができる。   The second recess 15 of the present embodiment is formed on the bottom surface of the base member 14 of the first member 12 at a position facing the lower surface of the sensor element 42. The second concave portion 15 can be formed by pressing, etching, or the like so as to be a downward concave shape into which the second convex portion 84 is fitted.

このような構成の第3実施形態に係るセンサーモジュール10Bによれば、平面視でベース部材14に載置されたセンサー素子42の中心と、第2プレート80Aの第2凸部84の中心が同一直線上となるように容易に位置決めすることができる。よって、センサー素子42に均等に与圧を付加させることができる。   According to the sensor module 10B according to the third embodiment having such a configuration, the center of the sensor element 42 placed on the base member 14 and the center of the second convex portion 84 of the second plate 80A are the same in plan view. It can be easily positioned so as to be in a straight line. Therefore, it is possible to apply a pressure to the sensor element 42 evenly.

(第4実施形態)
図9は第4実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。第4実施形態のセンサーモジュール10Cは第2部材34Aに薄肉部40を形成している。その他の構成は第1実施形態のセンサーモジュール10と同一の構成であり、同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view of a sensor module according to the fourth embodiment. In the sensor module 10C of the fourth embodiment, a thin portion 40 is formed on the second member 34A. Other configurations are the same as those of the sensor module 10 of the first embodiment, and the same reference numerals are given and detailed descriptions thereof are omitted.

薄肉部40は、平面視で第2部材34Aの周縁部38と力伝達部36の間にリング状に形成されている。薄肉部40は、その内周に平面視でセンサー素子42の上面44の周縁が収まるように配置されている。薄肉部40は第2部材34Aの両面あるいは片面のみから掘り込んだ状態でその厚みが力伝達部36及び周縁部38よりも薄肉となるように形成されている。薄肉部40は、プレス成形やエッチングにより形成することができる。   The thin portion 40 is formed in a ring shape between the peripheral portion 38 of the second member 34A and the force transmitting portion 36 in plan view. The thin portion 40 is arranged so that the periphery of the upper surface 44 of the sensor element 42 is accommodated in the inner periphery thereof in plan view. The thin portion 40 is formed so that the thickness thereof is thinner than that of the force transmission portion 36 and the peripheral portion 38 in a state where the thin portion 40 is dug from only one side or both sides of the second member 34A. The thin portion 40 can be formed by press molding or etching.

このような構成の第4実施形態に係るセンサーモジュール10Cは、第1凸部72による与圧で第2部材34Aの薄肉部40が変形し易くなることにより、第2部材34Aにストレスが掛からず、第1部材12と第2部材34Aの接合が破壊されることがなく、センサーデバイス11内部を気密に保つことができる。
なお、薄肉部40は第2及び第3実施形態に係るセンサーモジュールの第2部材に適用しても良い。
In the sensor module 10 </ b> C according to the fourth embodiment having such a configuration, the second member 34 </ b> A is not stressed because the thin portion 40 of the second member 34 </ b> A is easily deformed by the pressure applied by the first protrusion 72. The connection between the first member 12 and the second member 34A is not broken, and the inside of the sensor device 11 can be kept airtight.
The thin portion 40 may be applied to the second member of the sensor module according to the second and third embodiments.

(第5実施形態)
図10に本実施形態の力検出装置を示し、(a)は模式図を示し、(b)は平面図を示す。本実施形態の力検出装置90は、4つのセンサーデバイス11を第1プレート70A及び第2プレート80Aにより挟み込んだ構成である。第1プレート70A及び第2プレート80Aは、いずれも平面視で円板状に形成され、中心を通り互いに直交する線上に4つのセンサーデバイス11を配置している。第1プレート70Aは、センサーデバイス11のセンサー素子42の上面と対向する箇所に第1凸部72が4つ形成されている。第2プレート80Aは、センサーデバイス11を配置する箇所に電子回路基板が4つ形成されている。第2プレート80Aは、センサーデバイス11を配置する箇所に電子回路基板が4つ形成されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows the force detection device of this embodiment, (a) shows a schematic diagram, and (b) shows a plan view. The force detection device 90 of the present embodiment has a configuration in which four sensor devices 11 are sandwiched between a first plate 70A and a second plate 80A. The first plate 70 A beauty second plate 80 A are both formed in a circular plate shape in plan view, are arranged four sensor devices 11 on a line perpendicular to each other through the center. The first plate 70 </ b> A has four first protrusions 72 formed at locations facing the upper surface of the sensor element 42 of the sensor device 11. On the second plate 80A, four electronic circuit boards are formed at locations where the sensor devices 11 are arranged. On the second plate 80A, four electronic circuit boards are formed at locations where the sensor devices 11 are arranged.

このような構成の力検出装置90は、4つのセンサーデバイス11が全て同じ方向に向いた状態で第1プレート70A及び第2プレート80Aに挟み込まれ、与圧が付加される。例えば、センサーモジュール10において、第1センサー素子46(図1、図5)の検出軸をFxに平行な方向に向け、第2センサー素子52(図1、図5)の検出軸をFyに平行な方向に向け、第3センサー素子58(図1、図5)の検出軸をFzに平行な方向に向けた状態となっている。なお各センサーモジュール10のセンサー素子の高さを予め測定しておき、この測定値に基づいて第1凸部72の突出量を研磨等によって調整することにより、各センサーデバイス11の製造ばらつきが生じた場合でも、第1プレート70A及び第2プレート80Aの間の平行度を保ちながら均等に与圧を付加することができる。   The force detection device 90 having such a configuration is sandwiched between the first plate 70A and the second plate 80A in a state where all the four sensor devices 11 face in the same direction, and pressure is applied. For example, in the sensor module 10, the detection axis of the first sensor element 46 (FIGS. 1 and 5) is oriented in a direction parallel to Fx, and the detection axis of the second sensor element 52 (FIGS. 1 and 5) is parallel to Fy. The detection axis of the third sensor element 58 (FIGS. 1 and 5) is directed in a direction parallel to Fz. Note that the height of the sensor element of each sensor module 10 is measured in advance, and the amount of protrusion of the first convex portion 72 is adjusted by polishing or the like based on this measured value, resulting in manufacturing variations of the sensor devices 11. Even in this case, it is possible to apply the pressure evenly while maintaining the parallelism between the first plate 70A and the second plate 80A.

ここで、第1プレート70A及び第2プレート80Aの相対位置が互いにFx方向にずれる力を受けた場合、センサーモジュール10はそれぞれFx1、Fx2、Fx3、Fx4の力を検出する。また、第1プレート70A及び第2プレート80Aの相対位置が互いにFy方向にずれる力を受けた場合、センサーモジュール10はそれぞれFy1、Fy2、Fy3、Fy4の力を検出する。さらに、第1プレート70A及び第2プレート80Aの相対位置が互いにFz方向にずれる力を受けた場合、センサーモジュール10はそれぞれFz1、Fz2、Fz3、Fz4の力を検出する。   Here, when receiving a force in which the relative positions of the first plate 70A and the second plate 80A are shifted in the Fx direction, the sensor module 10 detects the forces of Fx1, Fx2, Fx3, and Fx4, respectively. In addition, when the relative position of the first plate 70A and the second plate 80A receives a force that shifts in the Fy direction, the sensor module 10 detects the forces of Fy1, Fy2, Fy3, and Fy4, respectively. Further, when receiving a force in which the relative positions of the first plate 70A and the second plate 80A are shifted from each other in the Fz direction, the sensor module 10 detects the forces of Fz1, Fz2, Fz3, and Fz4, respectively.

したがって、力検出装置90において、互いに直交する力Fx、Fy、Fz、Fxに平行な方向を回転軸とする回転力Mx、Fyに平行な方向を回転軸とする回転力My、Fzに平行な方向を回転軸とする回転力Mzは、以下のように求めることができる。   Therefore, in the force detection device 90, the rotational force Mx is set to a direction parallel to the forces Fx, Fy, Fz, and Fx orthogonal to each other, and the rotational force My and Fz is set to be parallel to the direction parallel to Fy. The rotational force Mz whose direction is the rotation axis can be obtained as follows.

Figure 0005895615
ここで、a、bは定数とする。よって本実施形態の力検出装置90は、三次元のあらゆる方向からの力(6軸方向の力)を検知することができ、少ない変位量であっても高精度な力の検出を安定的に行うことが可能な力検出装置90となる。
Figure 0005895615
Here, a and b are constants. Therefore, the force detection device 90 according to the present embodiment can detect forces from all three dimensions (forces in six axes) and stably detect highly accurate forces even with a small amount of displacement. The force detection device 90 can be performed.

なお、本実施形態では4つのセンサーを用いてあらわしたが、3つ以上のセンサーであれば前述のFx,Fy,Fz,Mx,My,Mzの検出をすることができる。   In this embodiment, four sensors are used. However, if there are three or more sensors, the above-described Fx, Fy, Fz, Mx, My, and Mz can be detected.

(第6実施形態)
図11に、本実施形態の力検出装置を搭載したロボットを示す。図11に示すように、ロボット100は、本体部102、アーム部104、ロボットハンド部116などから構成されている。本体部102は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定される。アーム部104は、本体部102に対して可動となるように設けられており、本体部102にはアーム部104を回転させるための動力を発生するアクチュエーター(不図示)や、アクチュエーターを制御する制御部等(不図示)が内蔵されている。
(Sixth embodiment)
FIG. 11 shows a robot equipped with the force detection device of this embodiment. As shown in FIG. 11, the robot 100 includes a main body 102, an arm 104, a robot hand 116, and the like. The main body 102 is fixed on, for example, a floor, a wall, a ceiling, or a movable carriage. The arm unit 104 is provided so as to be movable with respect to the main body unit 102. The main body unit 102 has an actuator (not shown) that generates power for rotating the arm unit 104 and a control for controlling the actuator. Etc. (not shown) are incorporated.

アーム部104は、第1フレーム106、第2フレーム108、第3フレーム110、第4フレーム112、第5フレーム114から構成されている。第1フレーム106は、回転屈曲軸を介して、本体部102に回転可能または屈曲可能となるように接続されている。第2フレーム108は、回転屈曲軸を介して、第1フレーム106及び第3フレーム110に接続されている。第3フレーム110は、回転屈曲軸を介して、第2フレーム108及び第4フレーム112に接続されている。第4フレーム112は、回転屈曲軸を介して、第3フレーム110及び第5フレーム114に接続されている。第5フレーム114は、回転屈曲軸を介して、第4フレーム112に接続されている。アーム部104は、制御部の制御によって、各フレームが各回転屈曲軸を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。   The arm unit 104 includes a first frame 106, a second frame 108, a third frame 110, a fourth frame 112, and a fifth frame 114. The first frame 106 is connected to the main body 102 so as to be rotatable or bendable via a rotating and bending shaft. The second frame 108 is connected to the first frame 106 and the third frame 110 via a rotating and bending shaft. The third frame 110 is connected to the second frame 108 and the fourth frame 112 via a rotating and bending shaft. The fourth frame 112 is connected to the third frame 110 and the fifth frame 114 via a rotating and bending shaft. The fifth frame 114 is connected to the fourth frame 112 via a rotating and bending shaft. The arm unit 104 is driven by each frame being rotated or bent in a compound manner around each rotation / bending axis under the control of the control unit.

第5フレーム114の先端には、ロボットハンド部116が取り付けられており、対象物を把握することができるロボットハンド120が、回転動作させるモーター(不図示)を内蔵するロボットハンド接続部118を介して第5フレーム114に接続されている。   A robot hand unit 116 is attached to the tip of the fifth frame 114, and the robot hand 120 capable of grasping an object is connected via a robot hand connection unit 118 having a built-in motor (not shown) that rotates. Connected to the fifth frame 114.

ロボットハンド接続部118には、モーターに加えて前述の力検出装置90(図11では不図示)が内蔵されており、ロボットハンド部116が制御部の制御によって所定の動作位置まで移動させたとき、障害物への接触、あるいは所定位置を越えての動作命令による対象物との接触、などを力検出装置90によって力として検出し、ロボット100の制御部へフィードバックし、回避動作を実行することができる。   In addition to the motor, the robot hand connection unit 118 incorporates the aforementioned force detection device 90 (not shown in FIG. 11). When the robot hand unit 116 is moved to a predetermined operation position by the control of the control unit. , Contact with an obstacle or contact with an object by an operation command beyond a predetermined position is detected as a force by the force detection device 90 and fed back to the control unit of the robot 100 to execute an avoidance operation. Can do.

このようなロボット100を用いることにより、従来からの位置制御では対処できなかった、障害物回避動作、対象物損傷回避動作などを容易に行い、安全で細やかな作業が可能なロボット100を得ることができる。さらに、少ない変位量であっても高精度な力の検出を安定的に行うことが可能なロボット100となる。また本実施形態に限定されず、双腕ロボットにも適用することができる。   By using such a robot 100, it is possible to easily perform an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, etc., which cannot be dealt with by conventional position control, and obtain a robot 100 capable of safe and detailed work. Can do. Furthermore, the robot 100 can stably detect a highly accurate force even with a small amount of displacement. Further, the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied to a double-arm robot.

10,10A,10B,10C…センサーモジュール、11…センサーデバイス、12…第1部材、14…ベース部材、15…第2凹部、16…接地電極、18A,18B,18C,18D…接続電極、20A,20B,20C,20D…外部電極、22A,22B,22C,22D…貫通電極、24…側壁部材、26…メタライズ、28…貫通電極、30…第1凹部、32…上面(外周面)、34,34A…第2部材、36…力伝達部、38…周縁部、40…薄肉部、42…センサー素子、44…上面、46…第1センサー素子、48A,48B…第1水晶板、50…第1検出電極、52…第2センサー素子、54A,54B…第2水晶板、56…第2検出電極、58…第3センサー素子、60A,60B…第3水晶板、62…第3検出電極、64…第1接地電極、66…第2接地電極、68A,68B,68C,68D,68E…ワイヤー、70…第1プレート、72…第1凸部、73…押圧面、74…貫通孔、80,80A…第2プレート、82…ネジ穴、84…第2凸部、86…締結部、90…力検出装置、94…電子回路基板、96…実装電極、100…ロボット、102…本体部、104…アーム部、106…第1フレーム、108…第2フレーム、110…第3フレーム、112…第4フレーム、114…第5フレーム、116…ロボットハンド部、118…ロボットハンド接続部、120…ロボットハンド、200…センサーデバイス、202…第1部材、204…第2部材、206…同軸コネクター、208…外周部、210…中心導体、212…絶縁性樹脂、214…センサー素子、216…水晶板、218…電極板、220…開口部、224…上面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A, 10B, 10C ... Sensor module, 11 ... Sensor device, 12 ... 1st member, 14 ... Base member, 15 ... 2nd recessed part, 16 ... Ground electrode, 18A, 18B, 18C, 18D ... Connection electrode, 20A , 20B, 20C, 20D ... external electrode, 22A, 22B, 22C, 22D ... through electrode, 24 ... side wall member, 26 ... metallized, 28 ... through electrode, 30 ... first recess, 32 ... upper surface (outer peripheral surface), 34 34A ... second member 36 ... force transmission part 38 ... peripheral part 40 ... thin wall part 42 ... sensor element 44 ... upper surface 46 ... first sensor element 48A, 48B ... first crystal plate 50 ... First detection electrode 52 ... second sensor element 54A, 54B ... second crystal plate 56 ... second detection electrode 58 ... third sensor element 60A, 60B ... third crystal plate 62 ... third detection current 64 ... 1st ground electrode, 66 ... 2nd ground electrode, 68A, 68B, 68C, 68D, 68E ... Wire, 70 ... 1st plate, 72 ... 1st convex part, 73 ... Pressing surface, 74 ... Through-hole, 80, 80A ... second plate, 82 ... screw hole, 84 ... second convex part, 86 ... fastening part, 90 ... force detecting device, 94 ... electronic circuit board, 96 ... mounting electrode, 100 ... robot, 102 ... main body part , 104 ... arm part, 106 ... first frame, 108 ... second frame, 110 ... third frame, 112 ... fourth frame, 114 ... fifth frame, 116 ... robot hand part, 118 ... robot hand connection part, 120 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Robot hand, 200 ... Sensor device, 202 ... 1st member, 204 ... 2nd member, 206 ... Coaxial connector, 208 ... Outer peripheral part, 210 ... Center conductor, 212 ... Insulating resin, 14 ... sensor element, 216 ... Crystal plate, 218 ... electrode plate, 220 ... opening, 224 ... upper surface.

Claims (8)

圧電体と電極とが積層されたセンサー素子と、
前記センサー素子が配置されるベース部材と側壁部材とからなる第1凹部を有する第1部材と、
前記第1部材に接合され前記第1部材の前記第1凹部を封止する第2部材と、
前記第2部材と接触する第1プレートと、
前記第1部材と接触する第2プレートと、
前記第1プレート及び前記第2プレートを締結可能な締結部と、を備え、
前記第1部材と前記センサー素子との接触面から前記第1部材と前記第2部材が接合される面までの寸法が前記センサー素子の前記圧電体と前記電極が積層される方向の寸法よりも大きく形成され、
前記第1プレートには前記第2部材に向けて突出し前記第2部材と接触する第1凸部が設けられ、前記センサー素子は前記第2部材と接触していることを特徴とするセンサーモジュール。
A sensor element in which a piezoelectric body and an electrode are laminated;
A first member having a first recess comprising a base member and a sidewall member to which the sensor element is Ru are arranged,
A second member joined to the first member and sealing the first recess of the first member;
A first plate in contact with the second member;
A second plate in contact with the first member;
A fastening portion capable of fastening the first plate and the second plate;
The dimension from the contact surface between the first member and the sensor element to the surface where the first member and the second member are joined is larger than the dimension in the direction in which the piezoelectric body and the electrode of the sensor element are stacked. Formed large,
A sensor module, wherein the first plate is provided with a first protrusion that protrudes toward the second member and contacts the second member, and the sensor element is in contact with the second member.
前記第2プレートは、前記第1部材に向けて突出し前記第1部材と接触する第2凸部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のセンサーモジュール。   The sensor module according to claim 1, wherein the second plate is provided with a second convex portion that protrudes toward the first member and contacts the first member. 前記第1部材の底面に、前記第2凸部と嵌合する第2凹部が形成されていることを特徴とする請求項2に記載のセンサーモジュール。   The sensor module according to claim 2, wherein a second recess is formed on the bottom surface of the first member so as to be fitted with the second protrusion. 前記第2部材の厚み方向の平面視において、前記第2部材の前記第1凸部と接触する部分を囲む周辺部には、前記第1凸部と接触する部分の厚みよりも薄い薄肉部を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のセンサーモジュール。   In the plan view in the thickness direction of the second member, a thin portion thinner than the thickness of the portion in contact with the first protrusion is formed in the peripheral portion surrounding the portion in contact with the first protrusion of the second member. It has, The sensor module as described in any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. 前記圧電体を複数積層させた前記センサー素子の積層方向をZ軸方向とした場合、当該Z軸方向に直交しかつ互いに直交する方向をそれぞれX軸方向、Y軸方向とした場合、少なくとも前記X軸方向の力を検出する第1センサー素子と、前記Y軸方向の力を検出する第2センサー素子と、前記Z軸方向の力を検出する第3センサー素子と、を備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のセンサーモジュール。   When the stacking direction of the sensor elements in which a plurality of the piezoelectric bodies are stacked is the Z-axis direction, when the directions orthogonal to the Z-axis direction and orthogonal to each other are the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, at least the X A first sensor element for detecting an axial force, a second sensor element for detecting the Y-axis direction force, and a third sensor element for detecting the Z-axis direction force. The sensor module according to any one of claims 1 to 4. 前記締結部は、締結力の調整が可能であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のセンサーモジュール。   The sensor module according to claim 1, wherein the fastening portion is capable of adjusting a fastening force. 圧電体と電極とが積層されたセンサー素子と、
前記センサー素子が配置されるベース部材と側壁部材とからなる第1凹部を有する第1部材と、
前記第1部材に接合され前記第1部材の前記第1凹部を封止する第2部材と、
前記第2部材と接触する第1プレートと、
前記第1部材と接触する第2プレートと、
前記第1プレート及び前記第2プレートを締結可能な締結部と、
前記センサー素子と電気的に接続する電子回路と、を備え、
前記第1部材と前記センサー素子との接触面から前記第1部材と前記第2部材が接合される面までの寸法が前記センサー素子の前記圧電体と前記電極が積層される方向の寸法よりも大きく形成され、
前記第1プレートには前記第2部材に向けて突出し前記第2部材と接触する第1凸部が設けられ、前記センサー素子は前記第2部材と接触していることを特徴とする力検出装置。
A sensor element in which a piezoelectric body and an electrode are laminated;
A first member having a first recess comprising a base member and a sidewall member to which the sensor element is Ru are arranged,
A second member joined to the first member and sealing the first recess of the first member;
A first plate in contact with the second member;
A second plate in contact with the first member;
A fastening portion capable of fastening the first plate and the second plate;
An electronic circuit electrically connected to the sensor element,
The dimension from the contact surface between the first member and the sensor element to the surface where the first member and the second member are joined is larger than the dimension in the direction in which the piezoelectric body and the electrode of the sensor element are stacked. Formed large,
The first plate is provided with a first convex portion that protrudes toward the second member and contacts the second member, and the sensor element is in contact with the second member. .
本体部と、
前記本体部に接続するアーム部と、
前記アーム部に接続するハンド部と、を備えるロボットであって、
前記アーム部と前記ハンド部との接続部にセンサーモジュールを有し、
前記センサーモジュールは、
圧電体と電極とが積層されたセンサー素子と、
前記センサー素子が配置されるベース部材と側壁部材とからなる第1凹部を有する第1部材と、
前記第1部材に接合され前記第1部材の前記第1凹部を封止する第2部材と、
前記第2部材と接触する第1プレートと、
前記第1部材と接触する第2プレートと、
前記第1プレート及び前記第2プレートを締結可能な締結部と、を備え、
前記第1部材と前記センサー素子との接触面から前記第1部材と前記第2部材が接合される面までの寸法が前記センサー素子の前記圧電体と前記電極が積層される方向の寸法よりも大きく形成され、
前記第1プレートには前記第2部材に向けて突出し前記第2部材と接触する第1凸部が設けられ、前記センサー素子は前記第2部材と接触していることを特徴とするロボット。
The main body,
An arm portion connected to the main body portion;
A hand unit connected to the arm unit,
A sensor module is provided at a connection portion between the arm portion and the hand portion,
The sensor module is
A sensor element in which a piezoelectric body and an electrode are laminated;
A first member having a first recess comprising a base member and a sidewall member to which the sensor element is Ru are arranged,
A second member joined to the first member and sealing the first recess of the first member;
A first plate in contact with the second member;
A second plate in contact with the first member;
A fastening portion capable of fastening the first plate and the second plate;
The dimension from the contact surface between the first member and the sensor element to the surface where the first member and the second member are joined is larger than the dimension in the direction in which the piezoelectric body and the electrode of the sensor element are stacked. Formed large,
The robot according to claim 1, wherein the first plate is provided with a first protrusion that protrudes toward the second member and contacts the second member, and the sensor element is in contact with the second member.
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